【水吸收氨常压填料塔结构计算设计8200字】

水吸收氨常压填料塔结构计算设计目录Abstract:. I1引言 21.2吸收设备--填料塔概况 21.3设计内容 22填料塔的主体设计方案的确定 32.1流程说明 32.2吸收剂的选择 33填料塔工艺尺寸的计算 53.1物性数据 53.1.1液相数据 53.1.2气相数据 63.1.3气液相平衡数据 73.1.4水吸收氨气平衡关系 73.1.5X-Y 73.1.6物料衡算 83.2塔径的计算及校核 103.2.1塔径的计算 103.2.2塔径校对 113.3填料层高度的计算及分段 123.3.1填料层高度 123.4填料层压降 134辅助设备选择 144.1接管尺寸 144.2压降 144.3离心泵 145、总结： 15摘要：氨气吸收的方法多种多样，其中最主要与常用的方法是水吸收氨，该方法也是化工生产中最常用的方法之一，也是最有效的方法之一。与其它吸收塔相比，本文设计的常压填料塔具有结构简单、吸收过程中阻力小、设备制造制造简单等特点，同时本文设计采用的逆流吸收方法是最有效的吸收传质方式。综合各因素，本文设计计算了以逆流操作为传质方式的氨吸收常压填料塔。其中填料采用聚丙烯阶梯环填料，设计填料塔能够达到处理量8000m3/h，吸收率为98%的任务要求，并绘制了化工流程图及其设备图。关键词：填料塔、吸收、设计一、设计题目水吸收氨常压填料塔的设计二、设计要求1、混合气体流量8000m3(标)/h.2、混合气体组分含氨5%，空气，95%（体积比）3、混合气体温度30℃4、吸收率98%5、吸收剂温度25 ℃6、操作压强 1atm1引言1.1吸收技术概况在化工生产行业中,尾气的产生不可避免。对于与尾气,其成分组成较为复杂,及含有有毒有害杂质,也含有有用产品成分,除此之外,可利用的循环溶剂或者催化剂也包含其中。为了避免有毒有害气体危害环境造成污染,或者为了回收利用有用成分,需要对混合气体进行分离。而对于分离处理,最常用的方法便是吸收,主要利用的是不同组分在吸收剂中的溶解度不同,以此达到分离处理的目的。吸收操作在气体混合物的分离过程中被广泛地用于，其在工业上的具体应用大致有以下几种：（1）原料气净化。吸收法是目前已知方法中去除各类原料气体中的杂质气体最常用的方法之一。主要是应为吸收方便，所用设备也比较简单。同时，对于原料中杂质的浓度而言，大多数杂质的浓度都很低，甚至在一般情况下都可以忽略不计，但是，有的杂质气体虽然含量比较少，但他的危害性很大，所以在原料的使用过程中，我们需要对原料进行提纯。（2）回收有用的组分。在很多地方都会对组分进行行回收利用，尤其是在化工生产过程中。就像一些合成生产，催化剂需要回收循环利用一样。气体组分回收在生产中尤为常见。例如，氨是从氨厂的空气中用水回收的。（3）一些产品的制备。在生产过程中，易挥发产品的生产过程气体吸收然后形成产品。最为常见就是通过吸收盐酸，二氧化氮，一氧化氮，三氧化硫等在溶液中形成硝酸和硫酸。（4）废气处理。大气污染是现在面临的一个大的环境问题，对于尾气的吸收一直是研究的热点。其中最为主要的二氧化氮和二氧化硫，减少酸雨的危害。1.2吸收设备--填料塔概况填料塔为垂直圆柱形结构，填料支撑板安装在塔的底部，填料以任意或整块砌筑的方式放置在支撑板上。除此之外，填料塔还包括液体分布器，填料压板等。对于填料压板的作用主要是为了避免塔内上升气体对填料的影响，从而在填料上方设计安装了填料压板。而对于液体分布器的主要作用就是使得吸收剂液体在塔顶能够均匀分布并沿着填料往塔底流动。对于填料塔的定性，该塔属于气液传质连续接触式吸收设备。其中气体属于连续相，吸收剂液体属于分散相。当然，分散相由于填料塔的高度过高会导致分散相的分散不均。而造成分散相在填料中分散不均主要是由于填料塔高度导致的壁流现象，为了很好的解决此现象，在设计过程中，分段设计显得尤为重要，这样能提高气体与液体之间的传质效率，提高吸收效果。添加分段之后，再分配装置也会增加，该装置有液体收集器和再分配器两部分。对于本文设计的填料塔，采用逆流操作吸收。主要操作方法为塔底进气，塔顶进液，使得液相与气相之间为逆流传质。1.3设计内容（1）确定操作流程，绘制流程图（2）选择吸收剂、填料（3）确定吸收平衡关系，绘制X-Y图、进行物料衡算（4）计算塔径、填料层高度（5）填料层压降核算（6）附属设备选型和计算绘制设备图2填料塔的主体设计方案的确定氨具有强烈的刺激性气味，吸收后会对于人的健康造成危害，同时会对大气环境造成破坏和污染。但是由于其性质，在化工行业中具有极其重要的地位，被广泛应用。所以，通过吸收降低空气中氨的含量，是解决空气污染和资源浪费的一个重要举措。就目前为止，化工行业解决氨尾气问题最主要的手段是通过吸收塔吸收，使工业废气在排放时达到排放标准。基于以上因素综合考虑，本文主要设计一个氨的吸收塔装置，并绘制工艺流程图和设备图。本文设计的是常压填料塔，这主要是因为填料塔结构简单、压力要求低、材料易得耐用。与此同时，填料的气液传质面积较大，填料表面能很好的形成湍流，能够有效的提高吸收效率。2.1流程说明为了更好的吸收氨，吸收塔主要采取逆流的操作方式进行氨的吸收。主要表现为塔底进气、塔顶进液，使液相和气相具有相反的流动方向，增强吸收效果。其中，选择逆流操作的主要原因在于逆流具有均匀的传质驱动力，能够提高传质速率，使得吸附剂的利用率增加，从而使分离效率提高。这使得填料塔的逆流操作在化工生产中成为了主流操作方法。填料塔的工艺流程图见附录。2.2吸收剂的选择利用吸收剂对气体溶质的溶解作用，实现对气体的吸收，此过程称为吸收过程。因此，最终决定吸收操作效果好坏的重要因素之一便是吸收剂对溶质溶解性能的优劣。表1.1工业常用吸收剂填料作为填料塔的主要核心部件，其主要作用是为液相和气相的传质传热过程提供一个媒介，辅助该吸收过程。所以，一个填料吸收塔的性能优劣判断主要取决与填料性质的选择。据文献显示，填料如果具有较大的比表面积，那么该填料塔的气液两相分布相对均匀，传质传热速率相对较高。所以，对于填料塔的设计，除了尺寸设计之外，填料选择显得尤为重要。拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料矩鞍形填料 本文所选填料为阶梯环填料，主要原因在于该填料与其它填料相比具有接触点多，床层分布均匀的特点。由于这两个特点，可使该填料能很好的形成湍流，避免壁流和窜流现象，能很好的提高吸收效率。环的一段形状为钟口形，直径与高度为1:2，使得其生产能力与鲍尔环相比提高10%左右。综合来看，与其它填料相比，具有较大优势，应用也比较广泛。2.3.2填料规格据文献所知，填料颗粒的大小对液相和气相的传质传热有着重要的影响。分离效率高的填料，直径自然就下，但在直径减小的同时传质阻力随之增大，导致流量减小，成本也就相应的增加。倘若增加直径，容易导致液相分布不均，出现壁流和窜流的情况，导致吸收效率降低。为了掌握这之间的一个平衡，塔径与填料直径必须设计在一个合理的范围。上表为普通填料塔直径与填料公称直径之比D/d参考范围。综合以上各因素：本设计选用50mm聚丙烯阶梯环塔填料。比表面积a：114.2m2/m3；空隙率：0.927；填料因子：89m1表2.1 国内阶梯环特性数据3填料塔工艺尺寸的计算3.1物性数据3.1.1液相数据在25℃时，密度ρ=997.08(kg/m3)粘度μL=0.8937(mP·s)表面张力[4]б=71.97(mN/m)NH3在水中的扩散系数[5]D故25℃时NH3在水中的扩散系数为：D12NH3的微分溶解热：34738J/mol3.1.2气相数据（1）混合气体的平均摩尔质量为：MVMyimi0.05170.952928.4kg/kmol(2)混合气体平均密度：ρ(3)混合气体黏度。20℃时，μV=18.08(μPa·s)30℃时，μV=18.56(μPa·s)25℃时的粘度可近似取18.08+18.563.1.3气液相平衡数据1）常压下25℃时NH3在水中的亨利系数[8]E=1.66(kPa·kg·mol-1)=97.65（kPa）2）相平衡常数：m=E/P=97.65/101.3=0.9643)溶解度系数：物料衡算及校核3.1.4水吸收氨气平衡关系∅ttn=tCL——水在塔温度tm=(塔顶+塔底)/2下的比热=（25+273.15+30+273.15）/2下的比热=300.65k=27.5°C下的比热4.174kJ/(kg·k)=4.174*18=75.132kJ/kmol·k=75.132J/molK:氨气溶解热为34738J/molm=EP,y∗x取值：0.003，也有固定值：∅3.1.5X-Yyyy=0.05188，满足条件。计算结果列表xT/KE/atmmy*XY*0298.151.03721.03720000.003299.531.110681.110680.003330.0030080.0033410.006300.911.188751.188750.00710.0060140.007150.009302.29741.271771.271770.01140.0090670.011530.012303.68481.35951.35950.0163140.012160.016530.015305.07221.45271.45270.021790.015330.022270.018306.45961.55121.55120.027920.018510.028720.021307.8474.65574.65570.034760.021750.036020.024309.23441.76591.76590.042380.025060.044250.027311.07181.92171.92170.051880.028470.05472根据（X，Y*）绘出X-Y图3.1.6物料衡算（1）进塔气相摩尔比为Y1=（2）出塔气相摩尔比为211A)0.001052（3）惰性气体流量:V=8000÷22.4×273298×0.95=310.8221由X-Y图可知X与Y有如下函数关系：35.061x20.8945x+0.00030其中Y=0.05263将Y=0.05263带入上述方程，解得符合条件的X值：x−b±b2−4ac2a最小吸收剂用量

x0.0534对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为x2=0LVmin=Y1−Y2X取L=1.2LminLmin=360.256kmol/hVXx1=3.2塔径的计算及校核3.2.1塔径的计算（1）混合气体的平均摩尔质量为;MVM=yi（2）混合气体密度ρV=PMRT（3）埃克特泛点关联式（1气体质量和流量80001.1419128kg/h（2液相质量流量WL360.25618.026491.81kg/h填料总比表面积水的粘度：μL0.8937mpa（4采用贝恩——霍夫泛点关联式lguf泛点气速，m/s;g——重力加速度，9.81m/s2填料总比表面积，m2/m3填料层空隙率m3/m3WL=6491.81㎏/h WV=9128kg/hA=0.204；K=1.75,0.927;将已知数据带入上述公式可得lgμ4.塔径取泛点率为0.6，即0.μF2.72m/D=4Vs其中：D-塔径，mV-混合气体积流量，m3/s-空气气速，m/s圆整后，D=1.2m=1200mm3.2.2塔径校对（1）泛点率校核u=uuf（2）填料校核Dd=（3）喷淋密度校核at-填料的总比表面积，m2/m3∴U=满足要求。3.3填料层高度的计算及分段3.3.1填料层高度NH3在空气中的扩散系数：DG=D0P氨气在水中的扩散系数：DL1.80109m2/s6.480106m2/hYY脱吸因数：S=mv/L=0.964×310.8221/360.256=0.8317N=气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:aUL=WL0.0785×D2UL=WV0.0785×D2查表知：c33dyn427680kg/h2aWαaW=气膜吸收系数K=0.23780750.17114.2×0.06660.70.06661.165×0.01987×10−4×3600注：混合气体黏度以空气黏度代替。查手册得30C空气黏度：V18.5106pas0.0666kg/mh液膜吸收系数：K查表知：1.45=0.1×53.24×1.45=7.7198kmol/(m3hpa)=0.6996×53.24×1.45=54/huKG'a=1+9.5(uuF−0.5)1.4KGa=1+9.5×(0.2297)1.4×7.7198=KL'KGa=11KG'a+1HKL'a=1H填料层高度Z取上下活动系数为1.2Z'1.2Z4m3.3.2填料层的分段ZD=3.4填料层压降查表[15]得:ϕX=(Y=查Eckert泛点气速关联图[10]得：P/Z159.81=147.15pa/m（填料）全塔填料层压降：P=147.15Z=588.6pa4辅助设备选择4.1接管尺寸气体进料管d=采用直管进料，选择377mm10mm热轧无缝钢管u'=4qVπd2液体进料管：d=采用直管进料，选择34mm3mm热轧无缝钢管，则u'=4qVπd24.2压降进口：∆P1=12ρ出口：∆P1=12ρ4.3离心泵雷诺数：管内液体流速：u2.93m/sR0.3164R0.250.01734局部阻力损失： 三个标准截止阀全开136.419.2三个标准90°弯头230.752.25；管路总压头损失:H填料塔压降：ppp1p2p588.6140.7281.411010.7(pa)其它阻力压强较小，可忽略。扬程：H流量；Q=WLρL选型号IS200-150-400泵合适，5、总结：本文题目是水吸收氨常压填料塔设计，其要求为流量8000m3/h、氨含量5%、混合气温度30℃、吸收剂温度25℃、吸收率98%，吸收剂为水、。本文根据设计要求对氨填料吸收塔进行了设计计算，根据计算结果进行了化工流程图、吸收塔设备图等进行了绘制。其中具体图见附录。附件一设计结果汇总设计名称水吸收氨气的填料吸收塔操作压强1atm填料数据种类填料尺寸泛点填料因子压降填料因子空隙率比表面积聚丙烯阶梯环Dn50127m189m10.927114.2m2/m3物性数据液相气相液体密度997.08kg/m³混合气体的平均密度1.141kg/m3液体粘度0.8937mpas混合气体的粘度0.0666kg/mh液体表面张力940896kg/h2混合气体平均摩尔质量28.4kg/kmol扩散系数1.80109m2/s扩散系数1.987105m2/s填充系数填充系数物料衡算数据Y1Y2X1X2量G量L气比气比0.052630.00105260.004509128kg/h6491.81kg/h300.2134kmol/h1.1999工艺数据填料类型塔速塔径气相总传质单元数气相总传质单元高度填料层高度降塑料阶梯环2.72m/s1.2m13.21593.158m4m1010.7pa附件气体管径377×10mm液体管径34×3mm离心泵IS200-150-400主要符号及其说明英文字母下标希腊字母粘度 Pa.s—度 kgm3——表面张力 N/m埃克特通用压降关联图图中V'、L'--分别为气液相流率，kg/h；、--分别为气液相密度，kg/m3L液相黏度，pas气/液--实验测取得填料因子，g--热力加速度m/s2参考文献[1]苏护超.具有光电活性的有机-无机杂化钛氧化合物的合成及性质研究[D].苏州大学,2016.[2]胡俊一.钛氧簇合物的合成及性质研究[D].山东大学,2017.[3]刘锦秀.苯膦酸/水杨酸基钛氧簇的结构设计与能带调控[D].福州大学,2016,06.[4]侯婕.钛氧簇合物合成和光电性质的研究[D].山东大学,2016.05.[5]高美艳,张磊,张健.晶体钛氧簇合物的制备与性能研究进展[J].科学通报,2018,63(26):2731-2744.[6]王巍.膦酸锆骨架材料的离子热合成及气体吸附性能研究[D].太原理工大学,2013.05.[7]吴荣晖.水杨酸类配体参与构筑的钛氧簇合物的合成、结构及催化性质研究[D].浙江大学,2019.01.[8]王胜.稀土掺杂钛氧簇的合成与性质研究[D].苏州大学.2015.05.[9]李继利.多金属氧酸盐羰基金属衍生物的合成、结构和性质研究[D].河南大学,2006.[10]JinxiuLiu,XianchongZeng,LeiZhang,etal.Anewcadmium-dopedtitanium-oxoclusterwithstablephotocatalyticH2evolutionp